含氯离子环境中cu的腐蚀行为及机理研究【字数：12660】
本文主要研究铜在含氯离子环境中铜的腐蚀行为和相关机理研究，利用极化曲线和阻抗谱来研究铜在不同条件下的腐蚀变化，以及在显微镜下观察其表面形貌变化。采用了4组条件分别为分别为不同浓度Cl-，相同腐蚀时间；相同浓度Cl-，不同腐蚀时间；相同浓度Cl-，相同腐蚀时间，不同浓度SO42-浓度；相同浓度Cl-和SO42-，不同腐蚀时间。研究表明氯离子浓度越高，溶液对铜的腐蚀程度越深（短时间内），腐蚀时间越长，腐蚀程度越大，但是长时间下会受到体系里氧化物的影响；加入硫酸根之后，其浓度越大，腐蚀程度越严重；腐蚀时间越长，腐蚀程度越深（在一定时间范围内）。之所以强调在一定时间范围内，因为随着腐蚀时间的延长，铜表面会形成氧化物阻止进一步腐蚀，从而影响正常规律。
目 录
1.绪论 1
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状 1
1.2纯铜在溶液中的腐蚀及影响因素 2
1.2.1温度的影响 2
1.2.2 氯离子的影响 2
1.2.3 硫酸根离子的影响 2
1.3 纯铜腐蚀行中为的主要表征方法概述 3
1.3.1极化曲线方法 3
1.3.2电化学阻抗谱法 3
1.3.3扫描电子显微镜技术 3
1.4本文开展的工作 4
1.4.1研究意义 4
1.4.2研究内容 5
1.4.3 技术路线 5
2.实验材料与测试方法 6
2.1 实验材料和电极制备 6
2.2 化学试剂和实验仪器 6
2.3腐蚀行为的测试及表征 7
2.3.1开路电位测量 7
2.3.2极化曲线的测量 7
2.3.3电化学阻抗谱的测量 7
3.氯离子对纯铜腐蚀行为的影响 8
3.1 氯离子浓度对腐蚀电化学行为的影响 8
3.1.1 腐蚀电位分析 8
3.1.2电化学阻抗谱分析 9
3.2浸泡时间对腐蚀电化学行为的影响 10
3.2.1 腐蚀电位分析 10
3.2.2电化学阻抗谱分析 12
3.3 小结 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.硫酸根离子对纯铜腐蚀行为的影响 14
4.1 硫酸根离子浓度对腐蚀电化学行为的影响 14
4.1.1 腐蚀电位分析 14
4.1.2电化学阻抗谱分析 15
4.2浸泡时间对腐蚀电化学行为的影响 16
4.2.1 腐蚀电位分析 16
4.2.2电化学阻抗谱分析 18
4.3 小结 19
5.结论 20
参考文献 21
致谢 22
1.绪论
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状
铜及铜合金在力学性能、化学性能、物理性能都有比较突出的特点，所以在冶金、电力、能源、机械等工业方面有很多应用。铜的化合价有很多，在金属活泼性排行中属于比较活泼的金属，所以铜很容易在环境的作用下发生腐蚀，从而破坏铜。因此铜的腐蚀问题和降低铜腐蚀一直是一个重要问题。
在工业生产中，铜的产量一直位于前列，铜在各方面都起着越来越大的重要性。在电化学领域，铜的电势比氢高,所以铜的在热力学反应方面比较平稳；铜与大气、水接触时，会发生反应生成难溶于水铜绿（CuSO4’3Cu(OH)2和CuCO3’3Cu(OH)2）[1]，这个物质呈现膜状，而且不容易被其他物质侵入来对铜进行腐蚀，从而保护了铜，所以在工业上铜比较抗腐蚀。但是在空气湿度较高、腐蚀性介质(如各种盐类、酸性溶液、碱性溶液以及一些硫化物溶液)中,铜会发生相对严重的腐蚀，此时致密的氧化膜作用较小。
合金化通过改变金属组成来影响其各方面性质，从而使金属具有各种各样的性能，更能符合各种工业要求。例如黄铜（CuZn合金）的抗腐蚀性能就比纯铜高出很多，而且往黄铜中加入铝会进一步提高黄铜的腐蚀性能[2]，在黄铜中加入一定量的锡可以提高黄铜在海水中的存在时间；青铜的耐磨性和抗蚀性都比纯铜高，塑性、弹性形变都会提高，所以铜合金高的抗腐蚀性能在工业生活中起到着越来越大的作用。
在人类刚使用铜时就发现其会腐蚀这一现象，而且当时人类就开始对其进行粗浅的猜测，并且在之后的百年里人类对其研究尚未停止，并且不断的深入，直到现在金属腐蚀依然是一个重大研究课题。在现代科学中，金属要想发生腐蚀，必须满足必要的条件，首先材料必须是金属，外界条件也很重要。腐蚀其实是对金属的一破坏行为，这种破坏对工业、经济等多个方面都有很大的影响[3]。譬如它会使生产周期延迟、物质流失、生产效率低、资源耗损、新科技发展也受到影响，会导致许多工业设备的使用寿命减短，甚至设备再也无法使用，对社会带来严重的经济流失。因此铜及其铜合金的腐蚀一直是国内外研究人员重点研究对象。
随着工业经济的发展，铜及其合金的作用越来越大，国内外对其腐蚀机理的研究从未停止。已经做了很多的试验，同时也对不同腐蚀条件下铜及其合金进行了一定程度的研究，不停的研究更是证明了铜及其合金的腐蚀行为复杂性。
1.2纯铜在溶液中的腐蚀及影响因素
溶液一般分为3种；呈酸性、碱性、中性（各种盐类）。一直以来，人们纯铜在酸性溶液、碱性溶液和中性盐类溶液中的腐蚀投入了很大的研究力度。在酸性溶液中，纯铜在其中发生腐蚀存在着巨大差异，就是因为酸性溶液中介质的不一样，但是氧气在其中的影响力很大。在碱性溶液中，组成金属腐蚀的阴极反应氢、氧电极电位与金属铜的平衡电位之间电位差较小，正常温度条件下，铜的腐蚀速度较小，随着温度的升高，溶液中产生溶解氧，铜的腐蚀速度会增加。
本文主要研究铜在含氯离子坏境下的腐蚀行为及机理研究，就相当于在中性盐类（海水性质）溶液中研究铜的腐蚀行为。主要影响因素有环境温度、腐蚀时间、氯离子浓度和其他离子的影响。
1.2.1温度的影响
不管铜在何种溶液中腐蚀，温度的变化对腐蚀情况的影响都是比较大的。较低温度坏境下，在碱性溶液中溶解氧较少，腐蚀速度低；在酸性溶液中，由于温度的降低，其中离子活性降低，运动幅度变小，他们之间的影响也没有那么大，自然而然腐蚀程度也不大；在中性盐类溶液中相关离子导电性能变差，腐蚀速度也会变低。在温度升高时，氧的扩散速率和电极反应速率加快，所以温度升高在封闭腐蚀环境下，对应的腐蚀速率提高，腐蚀程度加重[4]。
1.2.2 氯离子的影响
影响铜在含氯离子环境溶液中腐蚀最大的因素就是其中氯离子的浓度。氯离子的活泼性比较高。铜在活性阴离子溶液中非常容易发生腐蚀。盐的存在使得溶液中电子流动速度加快，氧在溶液中也愈加的容易溶解，这些都是铜发生腐蚀的条件，氯离子的存在会加重对铜的腐蚀，让铜在其中溶解。相关研究表明，铜的阳极腐蚀只与Cl浓度有关，当Cl浓度小于1mol/L时产生CuCl和CuCl2的混合物，当Cl浓度大于1mol/L时会产生CuCl32和CuCl43的混合物[5]，铜在溶液中的腐蚀程度在很大方面上受到Cl浓度的影响。
目 录
1.绪论 1
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状 1
1.2纯铜在溶液中的腐蚀及影响因素 2
1.2.1温度的影响 2
1.2.2 氯离子的影响 2
1.2.3 硫酸根离子的影响 2
1.3 纯铜腐蚀行中为的主要表征方法概述 3
1.3.1极化曲线方法 3
1.3.2电化学阻抗谱法 3
1.3.3扫描电子显微镜技术 3
1.4本文开展的工作 4
1.4.1研究意义 4
1.4.2研究内容 5
1.4.3 技术路线 5
2.实验材料与测试方法 6
2.1 实验材料和电极制备 6
2.2 化学试剂和实验仪器 6
2.3腐蚀行为的测试及表征 7
2.3.1开路电位测量 7
2.3.2极化曲线的测量 7
2.3.3电化学阻抗谱的测量 7
3.氯离子对纯铜腐蚀行为的影响 8
3.1 氯离子浓度对腐蚀电化学行为的影响 8
3.1.1 腐蚀电位分析 8
3.1.2电化学阻抗谱分析 9
3.2浸泡时间对腐蚀电化学行为的影响 10
3.2.1 腐蚀电位分析 10
3.2.2电化学阻抗谱分析 12
3.3 小结 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4.硫酸根离子对纯铜腐蚀行为的影响 14
4.1 硫酸根离子浓度对腐蚀电化学行为的影响 14
4.1.1 腐蚀电位分析 14
4.1.2电化学阻抗谱分析 15
4.2浸泡时间对腐蚀电化学行为的影响 16
4.2.1 腐蚀电位分析 16
4.2.2电化学阻抗谱分析 18
4.3 小结 19
5.结论 20
参考文献 21
致谢 22
1.绪论
1.1铜及其合金的腐蚀性能及国内外研究现状
铜及铜合金在力学性能、化学性能、物理性能都有比较突出的特点，所以在冶金、电力、能源、机械等工业方面有很多应用。铜的化合价有很多，在金属活泼性排行中属于比较活泼的金属，所以铜很容易在环境的作用下发生腐蚀，从而破坏铜。因此铜的腐蚀问题和降低铜腐蚀一直是一个重要问题。
在工业生产中，铜的产量一直位于前列，铜在各方面都起着越来越大的重要性。在电化学领域，铜的电势比氢高,所以铜的在热力学反应方面比较平稳；铜与大气、水接触时，会发生反应生成难溶于水铜绿（CuSO4’3Cu(OH)2和CuCO3’3Cu(OH)2）[1]，这个物质呈现膜状，而且不容易被其他物质侵入来对铜进行腐蚀，从而保护了铜，所以在工业上铜比较抗腐蚀。但是在空气湿度较高、腐蚀性介质(如各种盐类、酸性溶液、碱性溶液以及一些硫化物溶液)中,铜会发生相对严重的腐蚀，此时致密的氧化膜作用较小。
合金化通过改变金属组成来影响其各方面性质，从而使金属具有各种各样的性能，更能符合各种工业要求。例如黄铜（CuZn合金）的抗腐蚀性能就比纯铜高出很多，而且往黄铜中加入铝会进一步提高黄铜的腐蚀性能[2]，在黄铜中加入一定量的锡可以提高黄铜在海水中的存在时间；青铜的耐磨性和抗蚀性都比纯铜高，塑性、弹性形变都会提高，所以铜合金高的抗腐蚀性能在工业生活中起到着越来越大的作用。
在人类刚使用铜时就发现其会腐蚀这一现象，而且当时人类就开始对其进行粗浅的猜测，并且在之后的百年里人类对其研究尚未停止，并且不断的深入，直到现在金属腐蚀依然是一个重大研究课题。在现代科学中，金属要想发生腐蚀，必须满足必要的条件，首先材料必须是金属，外界条件也很重要。腐蚀其实是对金属的一破坏行为，这种破坏对工业、经济等多个方面都有很大的影响[3]。譬如它会使生产周期延迟、物质流失、生产效率低、资源耗损、新科技发展也受到影响，会导致许多工业设备的使用寿命减短，甚至设备再也无法使用，对社会带来严重的经济流失。因此铜及其铜合金的腐蚀一直是国内外研究人员重点研究对象。
随着工业经济的发展，铜及其合金的作用越来越大，国内外对其腐蚀机理的研究从未停止。已经做了很多的试验，同时也对不同腐蚀条件下铜及其合金进行了一定程度的研究，不停的研究更是证明了铜及其合金的腐蚀行为复杂性。
1.2纯铜在溶液中的腐蚀及影响因素
溶液一般分为3种；呈酸性、碱性、中性（各种盐类）。一直以来，人们纯铜在酸性溶液、碱性溶液和中性盐类溶液中的腐蚀投入了很大的研究力度。在酸性溶液中，纯铜在其中发生腐蚀存在着巨大差异，就是因为酸性溶液中介质的不一样，但是氧气在其中的影响力很大。在碱性溶液中，组成金属腐蚀的阴极反应氢、氧电极电位与金属铜的平衡电位之间电位差较小，正常温度条件下，铜的腐蚀速度较小，随着温度的升高，溶液中产生溶解氧，铜的腐蚀速度会增加。
本文主要研究铜在含氯离子坏境下的腐蚀行为及机理研究，就相当于在中性盐类（海水性质）溶液中研究铜的腐蚀行为。主要影响因素有环境温度、腐蚀时间、氯离子浓度和其他离子的影响。
1.2.1温度的影响
不管铜在何种溶液中腐蚀，温度的变化对腐蚀情况的影响都是比较大的。较低温度坏境下，在碱性溶液中溶解氧较少，腐蚀速度低；在酸性溶液中，由于温度的降低，其中离子活性降低，运动幅度变小，他们之间的影响也没有那么大，自然而然腐蚀程度也不大；在中性盐类溶液中相关离子导电性能变差，腐蚀速度也会变低。在温度升高时，氧的扩散速率和电极反应速率加快，所以温度升高在封闭腐蚀环境下，对应的腐蚀速率提高，腐蚀程度加重[4]。
1.2.2 氯离子的影响
影响铜在含氯离子环境溶液中腐蚀最大的因素就是其中氯离子的浓度。氯离子的活泼性比较高。铜在活性阴离子溶液中非常容易发生腐蚀。盐的存在使得溶液中电子流动速度加快，氧在溶液中也愈加的容易溶解，这些都是铜发生腐蚀的条件，氯离子的存在会加重对铜的腐蚀，让铜在其中溶解。相关研究表明，铜的阳极腐蚀只与Cl浓度有关，当Cl浓度小于1mol/L时产生CuCl和CuCl2的混合物，当Cl浓度大于1mol/L时会产生CuCl32和CuCl43的混合物[5]，铜在溶液中的腐蚀程度在很大方面上受到Cl浓度的影响。
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